核反應

　　粒子（如中子、光子、π介子等）或原子核與原子核之間的相互作用引起的各種變化。

　　核反應是宇宙中早已普遍存在的極為重要的自然現象。現今存在的化學元素除氫以外都是通過天然核反應合成的，在恒星上發生的核反應是恒星輻射出巨大能量的源泉。此外，宇宙射線每時每刻都在地球上引起核反應。自然界的碳14大部分是由宇宙射線中的中子轟擊氮14產生的。

　　1919年英國的E.盧瑟福用天然放射性物質的 α粒子轟擊氮氮，首次用人工實現瞭核反應。30年代初加速器的出現和40年代初反應堆的建成，為研究核反應提供瞭強有力的工具。目前已能將質子加速到5×10⁵兆電子伏，將鈾原子核加速到約9×10⁴兆電子伏，並能獲得介子束。高分辨率半導體探測器的使用，大大提高瞭測量核輻射能量的精度。核電子學和計算機技術的發展，從根本上改善瞭數據的獲取和處理能力。在過去半個多世紀裡，研究過的核反應數以千計，制備出瞭自然界不存在的放射性核素約2000種，發現瞭300餘種基本粒子，獲得瞭有關核素性質、核轉變規律、核結構、基本粒子以及自然界四種相互作用的規律和相互聯系的大量知識。

　　概述　在核反應中，用於轟擊原子核的粒子稱為入射粒子或轟擊粒子，被轟擊的原子核稱為靶核，核反應發射的粒子稱為出射粒子，反應生成的原子核稱為剩餘核或產物核。入射粒子a轟擊靶核A，發射出射粒子b並生成剩餘核B的核反應可用以下方程式表示：

A+a─→B+b

或簡寫為：

A(a，b)B

若a、b為同種粒子，則為散射，並根據剩餘核處於基態還是激發態而分為彈性散射和非彈性散射，用A(a，a)A和A(a，a′)A ^*表示。給定的入射粒子和靶核能發生的核反應往往不止一種，例如：

每一種核反應稱為一個反應道。反應道由入射道和出射道構成。入射粒子和靶核組成入射道，出射粒子和剩餘核組成出射道。同一入射道可以有若幹出射道，同一出射道也可以有若幹入射道。如：

　　發生某種核反應的幾率用核反應截面來表征。隻有滿足質量數、電荷、能量、動量、角動量和宇稱等守恒條件，核反應才能發生，相應的反應道稱為開放的，或簡稱開道，反之為閉道。核反應過程總是伴隨著能量的吸收或釋放，前者稱為吸能反應，後者稱為放能反應。反應能常用Q表示，等於反應後與反應前體系動能之差，可標明在核反應方程式中，例如：

³H+²H→⁴He+n+Q　　　Q＝17.6MeV

對於吸能反應，僅當入射粒子的動能高於閾能( E _th)時才能引起核反應：

式中m_a和m_A分別為入射粒子和靶核的質量。帶電粒子進入靶核前要穿越靶核附近勢能高的區域──庫侖勢壘，動能高於勢壘的入射粒子才有較大的反應截面。當入射粒子相對於靶核運動的軌道角動量不等於零時，還要克服離心勢壘，才能進入靶核。

　　分類　按入射粒子的不同，核反應可分為三類：①中子核反應，如中子的彈性散射(n，n)、非彈性散射(n，n′)，中子的輻射俘獲(n，γ)，發射帶電粒子的核反應(n，p)、(n，α)等，又如中子裂變反應(n，f)，發射兩粒子的核反應(n，2n)、(n，pn)等；②帶電粒子核反應，如質子引起的核反應(p，γ)、(p，n)、(p，p)、(p，p′)、(p，α)、(p，2n)等，氘核引起的核反應(d，n)、(d，p)、(d，α)等，α粒子引起的核反應(α，n)、(α，2n)、(α，p)等，重離子引起的核反應(¹²C，4n)、(²²Ne，6n)等；③光核反應，即光子引起的核反應，如(γ，n)、(γ，p)、(γ，α)及(γ，f)等。

　　按入射粒子的能量，核反應又可粗分為三類：①低能核反應，入射粒子能量低於10⁸電子伏，對於較輕的重離子，每個核子平均能量低於10⁷電子伏（如10⁸電子伏的碳12核），也屬於低能核反應的范疇，低能核反應的出射粒子的數目最多為3～4個；②中能核反應，入射粒子能量在10⁸～10¹⁰電子伏之間；③高能核反應，入射粒子能量大於10¹⁰電子伏。

　　核反應機理　由於對核力的本質還沒有完全研究清楚，對於核反應機理的描述還隻能是唯象的，即通過總結實驗結果建立核模型（見低能核反應機理、高能核反應機理）。

　　

參考書目

　E.Segré，Nuclei and Particles，2nd ed.，Benjamin，Reading，Mass.，1977.

盧希庭主編：《原子核物理》，原子能出版社，北京，1981。

　P.E.Hodgson，Nuclear Reactions and NuclearStructure，Clarendon Press，Oxford，1971.